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Gerd Binnig (* 1947), Deutschland

Nobelpreis für Physik 1986

Porträtbild Binnig
Bild: Gerd Binnig [1]

für die Entwicklung des Raster-Tunnelmikroskops (gemeinsam mit Heinrich Rohrer)

Gerd Binnig absolvierte sein Physik-Studium an der Universität seiner Geburtsstadt Frankfurt am Main, nachdem sich dieser Berufswunsch bereits im Kindesalter in ihm gefestigt hatte. Während des Studiums, das ihm damals teilweise zu fachspezifisch und geistlos erschien, begann er die Richtigkeit seiner Wahl jedoch zu hinterfragen.[2] Erst mit Beginn der Diplomarbeit erkannte Binnig, dass der für ihn richtige und vor allem erfreulichere Weg, die Physik zu erlernen, über die Praxis führte. Noch im Jahr seiner Promotion über "Tunnelspektroskopie an supraleitendem (SN)x", nahm er 1978 ein Angebot des IBM Forschungslabors Zürich an, wo er einer Physik-Arbeitsgruppe beitrat. Dies erwies sich als eine Entscheidung von großer Tragweite, da Binnig dort auf Heinrich Rohrer traf, mit dem er 1981 gemeinsam das Raster-Tunnelmikroskop entwickelte.[2]

Aus seiner Zeit bei IBM sowie im Rahmen einer von ihm 1994 gegründeten, auf objektbasierte Bildklassifikation spezialisierte Firma gingen zahlreiche Patentanmeldungen hervor, in denen Gerd Binnig als Erfinder genannt ist.

Thermischer Bewegungssensor

Die Patentschrift pdf- Datei (0,86 MB) EP 1 532 069 B1 betrifft einen thermischen Sensor zum Erfassen der Bewegung eines in einer Ebene verschiebbar angeordneten Gegenstands und eine hiermit ausgerüstete Speichereinheit. Die Figur 1 zeigt ein Sensorelement 3, das einen länglichen, zweischenkligen Träger umfasst, der sich von einer Halterung 2 in eine Richtung senkrecht zur Kante 5 und parallel zur Oberfläche 6 einer verschiebbaren Platte 1 erstreckt.

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 1: Sensoranordnung zur thermischen Bewegungserfassung in Auf- und Seitenansicht (links) und eine derartige Sensoren umfassende Speichereinheit (aus EP 1 532 069 B1 )

Auf einem Schenkel des Trägers ist ein Heizelement 4 in Form eines temperaturabhängigen Widerstands derart angeordnet, dass sich die Kante der Platte bei einer Verschiebung derselben immer innerhalb der Längsausdehnung des Heizelements befindet. Die Kante der Platte bildet die Grenze zwischen einer Region höherer (Platte 6) und niedrigerer (Luftspalt 8 zwischen Platte und Halterung) thermischer Leitfähigkeit. Bei konstanter Beheizung des Heizelements und einhergehender Wärmeabfuhr an die Umgebung hängt die Temperatur des Heizelements daher von dessen Überlappungsgrad mit der Platte ab. Somit kann die temperaturabhängige Widerstandsänderung des Heizelements als Messsignal für die relative Position der Platte herangezogen werden.

Um einen definierten Abstand zwischen der Platte und dem Sensor zu gewährleisten, ist an dessen Ende mindestens eine Spitze 10 in gleitendem Kontakt mit der Plattenoberfläche vorgesehen. Mit einem zusätzlichen, dem ersten gegenüberliegenden Sensorelement (Figur 1, rechte Seite) lässt sich die Messgenauigkeit steigern. Die (nicht gezeigte) rechtwinklige Anordnung mindestens eines weiteren Sensorelementes erlaubt die Bestimmung einer Verschiebung in zwei unabhängige Richtungen X, Y.

Derartige thermische Bewegungssensoren 3 lassen sich beispielsweise dazu verwenden, um die Bewegung einer Speicheroberfläche 15 bezüglich einer Sondenanordnung 14 in einer Speichereinheit 18 zu erfassen (Figur 1, rechts). Bei einer solchen Speichereinheit liegt eine Matrix von Sonden einer Speicheroberfläche gegenüber, wobei die Dimension der Sondenspitzen im atomaren Bereich liegt. Durch selektive Erhitzung der Sonden können lokale Deformationen in der Speicheroberfläche erzeugt oder ausgelesen werden.

Verfahren zur Materialabscheidung auf einem Substrat

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 2: Vorrichtung zur Materialabscheidung auf einem Substrat (aus US 4 539 089 A )

Die fortschreitende Miniaturisierung elektronischer Schaltungen verlangt eine stets abnehmende Breite von Leiterbahnen. Die Patentschrift pdf- Datei US 4 539 089 A beschreibt gemäß Figur 2 ein Verfahren zum Abscheiden von Material in Strukturen, deren Abmessungen im Nanometerbereich liegen. Eine elektrisch leitende Spitze 1 wird in konstantem Abstand von etwa 5 nm über die Oberfläche eines Substrats 2 geführt, indem der zwischen der Spitze und der Oberfläche fließende Tunnelstrom als Regelsignal für den Abstand derselben voneinander genutzt wird. Die Spitze wird mit freien Metallatomen 4 versehen und durch eine Heizeinrichtung 3 auf Betriebstemperatur gebracht, wodurch die Mobilität der Metallatome erhöht wird, so dass sie frei beweglich auf der Oberfläche der Spitze sind. Ein zwischen der Spitze und dem Substrat angelegtes elektrisches Potential bewirkt eine Wanderung der Metallatome zum Scheitelbereich 5 der Spitze, von wo aus sie durch elektrische Desorption die Lücke zwischen Spitze und Substrat überwinden. Beim Erreichen der Substratoberfläche werden die Atome auf dieser abgelagert und bilden eine Spur 6, wenn die Spitze über das Substrat bewegt wird. Die Desorption moduliert wiederum den Tunnelstrom, welcher daher als Maß für die Desorptionsrate dienen kann. Auf diese Weise lässt sich eine Spurbreite der abgeschiedenen Atome von etwa 20 nm erreichen, mit einer Oberflächenrauhigkeit von 1 bis 2 nm.

Patentdokumente zu Gerd Binnig
PublikationsnummerJahrTitel
pdf-Datei US 4 539 089 A   1984  Method for depositing material with nanometer dimensions 
pdf-Datei EP 0 783 662 B1   1994  Fine positioning apparatus with atomic resolution 
pdf-Datei DE 197 50 942 A1   1997  Verfahren und Vorrichtung zum Signalisieren von lokalen Verkehrsstörungen  
pdf-Datei EP 1 468 205 B1   2002  Apparatus for reducing sensitivity of an article to mechanical shock 
pdf-Datei EP 1 532 069 B1   2003  Thermal movement sensor 
pdf-Datei DE 10 2007 018 034 A1   2007  Automatische Bildanalyse und Quantifizierung für Fluoreszenz - In Situ - Hybridisierung 

Quellen:

[1] http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Gerd_Binnig_sw.jpg&filetimestamp=20080313184033 [recherchiert am 17.07.2012]
[2] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1986/binnig.html [recherchiert am 17.07.2012]

© 2016 Deutsches Patent- und Markenamt | 29.02.2016